古塔是我国珍贵的历史文化遗产，普遍存在塔身高耸、结构复杂、隐蔽部位多、病害隐蔽性强等特点。传统修缮依赖人工攀爬勘察，作业风险高、效率低、数据不全，高部与隐蔽区域易形成勘察盲区，难以实现精准量化分析，修缮决策易依赖经验判断，不利于文物原真性保护与结构安全管控。近年来，实景三维、摄影测量等数字化技术快速发展，为文物建筑高精度勘察、科学设计、数字化施工与全过程管理提供了新路径。

本文以浙江武义明代毓英塔修缮工程为案例，构建毫米级实景三维模型为统一数字底板，融合文物保护、建筑勘察、结构工程、测绘遥感等多学科协同的修缮模式，实现从数据采集、建模分析、设计验算、施工指导到验收归档的全流程数字化闭环，为古塔科学保护提供技术参考。

工程概况与技术框架

毓英塔位于武义县白洋街道万石院村，为明代六面七层楼阁式砖塔，由塔基、塔身、塔顶、塔刹组成，外立面呈逐层收分的锥形，形制规整、历史价值突出。历经数百年自然侵蚀与材料老化，塔体存在砖体风化、裂缝、构件残损、墨绘纹饰剥落等问题，结构安全与文物风貌保护面临挑战。

本次研究构建模型统筹、多专业协同、全流程覆盖的数字化修缮技术路线：以天空地、室内外一体化影像采集构建高精度实景三维模型；基于模型开展结构变形量化、病害精准勘察与统计；开展隐蔽结构逆向建模与有限元安全验算；以模型指导施工并进行数字化验收比对；最终建立全周期数字化档案，实现修缮全过程可追溯、可量化、可复用。

高精度实景三维模型构建

为完整记录古塔现状，项目采用无人机贴近摄影、多视角地面摄影、杆式室内摄影相结合的多源融合采集方案，实现塔体内外、高低部位全覆盖。

空中采集采用大疆M300 RTK无人机搭载禅思P1全画幅相机，分高度开展环绕多角度摄影，对塔门等室内外连接部位和塔檐、塔刹细部复杂部位进行精细化手动拍摄，影像重叠度不低于80%，采集地面分辨率优于1毫米。地面采用高分辨率全画幅相机拍摄，重点覆盖塔内、塔门等航空摄影盲区。塔内空间狭窄高耸，创新性使用搭载在16米伸缩竿上的云台相机，逐层环绕拍摄，保证室内影像重叠度大于85%。

本次共采集影像7769张，有效影像7453张，经空中三角测量、密集匹配、三角网构建与纹理映射，生成天空地、室内外一体化实景三维模型。经全站仪实测校核，模型尺寸中误差±2.5毫米，平均地面分辨率0.492毫米每像素，达到文物建筑精细测绘要求，可清晰识别1毫米以上裂缝、砖体缺损与纹饰痕迹，为后续勘察分析提供可靠数据基础。

基于三维模型的勘察与结构分析

高精度实景三维模型将传统定性描述升级为定量、定位、可视化的科学勘察，显著提升了病害诊断与结构评估的准确性。

在结构变形分析方面，创新采用水平切片分析法：沿塔体一定高度截取水平截面，提取截面轮廓中心坐标，精准计算塔体整体与各层倾斜方向、偏移量；同时提取各层角点高程数据，分析不均匀沉降。经分析，毓英塔无明显倾斜与整体沉降，结构整体稳定性良好。

在病害勘察方面，可在模型上直接量测裂缝长度、宽度、空间位置，精准统计砖体风化破损、叠涩构件缺失、挑梁残损等病害数量与分布，精确核算修缮工程量。对塔身残留墨绘纹饰，可在模型上提取纹样、尺寸与残损范围，为原样修复提供数字化依据。相比传统人工记录，该方法无攀爬风险、无勘察盲区、数据可复核，大幅提升勘察效率与质量。

多学科协同的科学修缮设计

修缮设计严格遵循真实性、最小干预等原则，以实景三维模型为核心开展多学科协同设计。

对塔刹等完全损毁构件，不做主观臆造，而是依托区域古塔三维模型数据库，比对武义及周边同时期古塔塔刹形制，经比对分析，以兰溪香溪宝塔塔刹为主要参考，结合毓英塔尺度比例进行科学复原，确保形制合规、比例准确。

针对塔顶穹隆、塔刹基座等主要结构，在施工清理后再次构建实景三维模型，基于实景三维模型开展逆向建模，提取点云与轮廓数据，在CAD中重建三维形态，精确获取矢高、跨度、砌体厚度等关键参数。将重建模型导入有限元软件，按砖砌体材料属性建立力学模型，模拟自重、风荷载、地震作用下的受力状态，验算结构承载力与稳定性，明确薄弱部位，验证修复方案安全性，实现文物勘察与结构工程深度融合。

数字化施工指导与验收

施工阶段，实景三维模型从“设计工具”转变为现场施工指导与质量管控平台，有效解决了复杂工艺表达难题。

因塔檐、塔身破损缺失较为严重，修复所需的青砖按原规格定制新砖，但新砖单块重量较原砖增加约25%。团队基于三维模型精确计算拟换砖体积，量化新增荷载，建立塔体局部与整体结构模型，开展有限元验算，并选取典型塔檐进行非破损荷载试验验证。结果表明，严格控制替换范围后结构安全可控，为修复提供科学依据。

针对穹顶砌筑、异形构件修复等复杂工序，基于模型逆向生成带尺寸标注的轴测图、剖面图与砖块排布图，直接指导工匠原位复原，确保砌筑方式与历史形制一致。

工程完工后，再次采集数据构建三维模型，将修缮前与修缮后的三维模型进行同屏对比，定量评估裂缝修复、构件补配、纹饰复原等效果，实现数字化验收。同时整合影像、模型、图纸、施工记录、验算报告等全流程数据，建立数字化档案，形成可追溯、可监测、可复用的文物保护数据库，为长期监测与预防性保护提供支撑。

技术创新与实践价值

本次毓英塔修缮实践，形成三大创新亮点：

一是采集技术集成创新。融合无人机贴近摄影、地面多视角摄影、杆式室内摄影，解决古塔高耸、狭窄、复杂立面的数据获取难题，实现毫米级天空地室内外一体化全息建模。

二是分析方法体系创新。创新提出水平切片法、高程比对法，将古塔结构变形从经验判断转为精确定量计算；实现结构逆向建模与有限元验算，推动修缮从经验驱动转向数据驱动。

三是应用模式创新。将实景三维模型从静态存档工具升级为动态协同工作平台，贯通勘察、设计、施工、验收、归档全流程，构建多学科协同数字化闭环。

该模式有效解决了传统古塔修缮“看不见、测不准、风险高、协同弱”的痛点，提升了工程的科学性、精准性与安全性，完整保留了文物历史信息与形制特征，符合文物保护“最小干预、科学保护、数字赋能”的要求。

浙江武义毓英塔修缮工程实践表明，以高精度实景三维模型为核心的多学科协同修缮方法，可显著提升古塔保护的数字化、精细化、科学化水平。该模式实现了从数据采集到运维管理的全链条数字化，既保障结构安全，又坚守文物真实性，为古塔及同类高耸文物建筑的修缮保护、监测管理与可持续保护利用提供了创新技术路径与实践范例。

（作者单位：武义县文物保护管理所 浙江风土工程设计有限公司）